ของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตันคืออะไร? ตัวอย่างและการทดลอง ของไหลของนิวตันและไม่ใช่ของนิวตัน ทำไมเราจึงต้องมีของไหลของนิวตัน?

สำหรับของเหลวส่วนใหญ่ (น้ำ สารประกอบอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ สารละลายที่แท้จริง โลหะหลอมเหลว และเกลือ) ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดจะขึ้นอยู่กับลักษณะของของเหลวและอุณหภูมิเท่านั้น ของเหลวดังกล่าวเรียกว่า นิวตันและแรงเสียดทานภายในที่เกิดขึ้นนั้นเป็นไปตามกฎของนิวตัน (สูตร 11)

สำหรับของเหลวบางชนิด ส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลสูง (เช่น สารละลายโพลีเมอร์) หรือเป็นตัวแทนของระบบการกระจายตัว (สารแขวนลอยและอิมัลชัน)  ขึ้นอยู่กับระบอบการไหลด้วย - ความดันและ การไล่ระดับความเร็ว- เมื่อเพิ่มขึ้น ความหนืดของของเหลวจะลดลงเนื่องจากการหยุดชะงักของโครงสร้างภายในของการไหลของของเหลว ความหนืดของพวกมันมีลักษณะเฉพาะที่เรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดแบบมีเงื่อนไขซึ่งหมายถึงสภาวะการไหลของของไหลบางอย่าง (ความดัน, ความเร็ว) ของเหลวดังกล่าวเรียกว่า มีความหนืดเชิงโครงสร้างหรือ ไม่ใช่แบบนิวตัน

1.4. การไหลของของเหลวหนืด สูตรของปัวซอยล์

ในขณะที่ศึกษาการไหลเวียนโลหิต แพทย์ชาวฝรั่งเศสและนักฟิสิกส์ Poiseuille ได้มาถึงความต้องการคำอธิบายเชิงปริมาณของกระบวนการไหลของของเหลวที่มีความหนืดโดยทั่วไป รูปแบบที่เขาสร้างขึ้นสำหรับกรณีนี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจแก่นแท้ของปรากฏการณ์ทางโลหิตวิทยาและคำอธิบายเชิงปริมาณ

Poiseuille ค้นพบว่าความหนืดของของเหลวสามารถกำหนดได้จากปริมาตรของของเหลวที่ไหลผ่านท่อคาปิลารี วิธีการนี้ใช้ได้กับกรณีการไหลของของไหลแบบราบเรียบเท่านั้น

ปล่อยให้ปลายท่อเส้นเลือดฝอยแนวตั้งมีความยาว ลและรัศมี รทำให้เกิดความแตกต่างของแรงดันคงที่ ให้เราเลือกคอลัมน์ของเหลวภายในเส้นเลือดฝอยที่มีรัศมี รและความสูง ชม.- แรงเสียดทานภายในกระทำต่อพื้นผิวด้านข้างของคอลัมน์นี้:

ข้าว. 6 โครงการหาสูตรของปัวซอยล์

ถ้า ร 1 และ ร 2 – แรงกดบนส่วนบนและส่วนล่าง ตามลำดับ จากนั้นแรงกดบนส่วนเหล่านี้จะเท่ากัน:

เอฟ 1 = พี 1  ร 2 และ เอฟ 2 = พี 2  ร 2 .

แรงโน้มถ่วงก็คือ เอฟ สาย = มก=  ร 2 GL.

ด้วยการเคลื่อนที่ของของไหลคงที่ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน:

เอฟ ตร + เอฟ ความดัน + เอฟ สาย =0,

เมื่อพิจารณาแล้วว่า (หน้า 1 -ร 2 ) = พีดีวี เท่ากับ:

มาบูรณาการกัน:

เราหาค่าคงที่อินทิเกรตจากเงื่อนไขว่าเมื่อใด ร= รความเร็ว โวลต์=0 (ชั้นที่อยู่ติดกับท่อโดยตรงจะไม่นิ่ง):

ความเร็วของอนุภาคของเหลวขึ้นอยู่กับระยะห่างจากแกนเท่ากับ:

ปริมาตรของของเหลวที่ไหลผ่านส่วนหนึ่งของท่อในช่องว่างระหว่างพื้นผิวทรงกระบอกของรัศมี รและ ร+ ดรทันเวลา ทีถูกกำหนดโดยสูตร ดีวี=2  rdvtหรือ:

ปริมาตรรวมของของเหลวที่ไหลผ่านหน้าตัดของเส้นเลือดฝอยในช่วงเวลา t:

(19)

ในกรณีที่เราละเลยแรงโน้มถ่วงของของเหลว (เส้นเลือดฝอยแนวนอน) ปริมาตรของของเหลวที่ไหลผ่านหน้าตัดของเส้นเลือดฝอยจะแสดงโดยสูตร Poiseuille:

(20)

สามารถเปลี่ยนสูตร 20 ได้: หารทั้งสองข้างของนิพจน์นี้ด้วยเวลาหมดอายุ t ทางด้านซ้ายเราจะได้อัตราการไหลของของเหลวตามปริมาตร ถาม (ปริมาตรของของไหลที่ไหลผ่านส่วนต่อหน่วยเวลา) ขนาด 8  ล/ 8  ร 4 แสดงโดย เอ็กซ์..จากนั้นสูตร 20 จะอยู่ในรูปแบบ:

(21)

ในสัญลักษณ์นี้ สูตรของปัวซอยย์ (หรือที่เรียกว่าสมการฮาเกิน-ปัวซอยย์) มีความคล้ายคลึงกับกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจรไฟฟ้า

การเปรียบเทียบสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างกฎของอุทกพลศาสตร์และกฎของการไหล กระแสไฟฟ้าผ่านวงจรไฟฟ้า อัตราการไหลของของเหลวตามปริมาตร ถามเป็นอะนาล็อกอุทกพลศาสตร์ของความแรงของกระแสไฟฟ้า ฉัน.อะนาล็อกอุทกพลศาสตร์ของความต่างศักย์  1 -  2 คือความแตกต่างของแรงดัน ร 1 - อาร์ 2 - กฎของโอห์ม ฉัน =( 1 -  2 )/รมีตามสูตรอะนาล็อกอุทกพลศาสตร์ 20 ปริมาณ เอ็กซ์แสดงถึง ความต้านทานไฮดรอลิก - อะนาล็อกของความต้านทานไฟฟ้า ร.

ทฤษฎีความยืดหยุ่น
ความเครียด · เทนเซอร์ · ของแข็ง · ความยืดหยุ่น · ความเป็นพลาสติก · กฎของฮุค · กระแสวิทยา · ความยืดหยุ่นความหนืด

อุทกพลศาสตร์
ของไหล · อุทกสถิต · อุทกพลศาสตร์ · ความหนืด · ของไหลของนิวตัน· ของไหลที่ไม่ใช่นิวตัน · แรงตึงผิว

สมการพื้นฐาน
สมการความต่อเนื่อง · สมการออยเลอร์ · สมการเนเวียร์-สโตกส์ · สมการกระแสน้ำวน · สมการการแพร่ · กฎของฮุค

ดูเพิ่มเติมที่: พอร์ทัล:ฟิสิกส์

ของไหลของนิวตัน(ตั้งชื่อตามไอแซก นิวตัน) เป็นของเหลวหนืดที่เป็นไปตามกฎแรงเสียดทานหนืดในการไหลของนิวตัน กล่าวคือ ความเค้นในวงสัมผัสและการไล่ระดับความเร็วในของไหลดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับเชิงเส้นตรง ปัจจัยสัดส่วนระหว่างปริมาณเหล่านี้เรียกว่าความหนืด

คำนิยาม

สมการง่ายๆ ที่อธิบายแรงหนืดในของไหลของนิวตัน ซึ่งเป็นตัวกำหนดพฤติกรรมเป็นส่วนใหญ่ ขึ้นอยู่กับการไหลของแรงเฉือน:

$\backslash tau=\backslash mu\backslash frac(\backslash บางส่วน\; u)(\backslash บางส่วน\; y)$,

• $\backslash tau$- ความเค้นเฉือนที่เกิดจากของเหลว Pa;
• $\backslash หมู่$- ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดแบบไดนามิก - ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน, Pa s;
• $\backslash frac(\backslash บางส่วน\; u)(\backslash บางส่วน\; y)$คืออนุพันธ์ของความเร็วในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางของแรงเฉือน, s −1

โดยปกติสมการนี้จะใช้เมื่อของไหลไหลไปในทิศทางเดียว เมื่อเวกเตอร์ความเร็วการไหลถือได้ว่าเป็นแบบโคทิศทาง (ขนาน) ที่ทุกจุดของปริมาตรของเหลวที่กำลังพิจารณา

จากคำจำกัดความนี้ เป็นไปตามที่ของเหลวของนิวตันยังคงไหลต่อไปแม้ว่าแรงภายนอกจะมีน้อยมาก ตราบใดที่แรงเหล่านั้นไม่เป็นศูนย์อย่างเคร่งครัด สำหรับของไหลแบบนิวตัน ตามคำนิยามแล้ว ความหนืดจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันเท่านั้น (และรวมถึง องค์ประกอบทางเคมีถ้าของเหลวไม่บริสุทธิ์) และไม่ขึ้นอยู่กับแรงที่กระทำกับของเหลว ของเหลวของนิวตันโดยทั่วไปคือน้ำ

• $\backslash tau\_(ไอ)$- เฉือนความเครียดบน $ฉัน$- ใบหน้าขององค์ประกอบของเหลวใน $เจ$- ทิศทางที่;
• $คุณ\_ฉัน$- ความเร็วเข้า $ฉัน$- ทิศทางที่;
• $x\_j$ - $เจ$- พิกัดทิศทาง

หากของไหลไม่เป็นไปตามความสัมพันธ์เหล่านี้ (ความหนืดจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความเร็วของการไหลของของไหล) ในทางกลับกันจะเรียกว่าของไหลที่ไม่ใช่แบบนิวตัน: สารละลายโพลีเมอร์ สารแขวนลอยที่เป็นของแข็งจำนวนหนึ่ง และของเหลวที่มีความหนืดมากส่วนใหญ่

เขียนบทวิจารณ์เกี่ยวกับบทความ "ของไหลนิวตัน"

หมายเหตุ

ดูเพิ่มเติม

ข้อความที่ตัดตอนมาจากลักษณะของเหลวของนิวตัน

มิโลราโดวิชหันหลังม้าอย่างเฉียบแหลมและยืนอยู่ข้างหลังอธิปไตยบ้าง ชาว Absheronians ตื่นเต้นกับการปรากฏตัวของอธิปไตยด้วยฝีเท้าที่กล้าหาญและเร็วเตะเท้าของพวกเขาเดินผ่านจักรพรรดิและผู้ติดตามของพวกเขา
- พวก! - มิโลราโดวิชตะโกนด้วยเสียงที่ดังมั่นใจในตนเองและร่าเริงเห็นได้ชัดว่าตื่นเต้นมากกับเสียงการยิงความคาดหวังของการต่อสู้และสายตาของ Absheronians ผู้กล้าหาญแม้แต่สหาย Suvorov ของเขาที่เดินผ่านจักรพรรดิอย่างรวดเร็วจนเขาลืมเกี่ยวกับ การปรากฏตัวของอธิปไตย - พวกคุณนี่ไม่ใช่หมู่บ้านแรกของคุณที่จะเข้ายึด! - เขาตะโกน
- ดีใจที่ได้ลอง! - ทหารตะโกน
ม้าของจักรพรรดิเบือนหน้าหนีจากเสียงร้องที่ไม่คาดคิด ม้าตัวนี้ซึ่งเคยบรรทุกอธิปไตยไปแล้วในงานแสดงที่รัสเซีย ที่นี่ บน Champs of Austerlitz อุ้มคนขี่ม้า ยืนหยัดต่อการโจมตีที่กระจัดกระจายด้วยขาซ้ายของเขา แคะหูของเขาเมื่อได้ยินเสียงปืน เช่นเดียวกับที่เขาทำ Champ de Mars ไม่เข้าใจความหมายของช็อตที่ได้ยินเหล่านี้ ไม่ใช่ความใกล้ชิดของม้าป่าสีดำของจักรพรรดิฟรานซ์ ไม่ใช่ทุกสิ่งที่พูด คิด รู้สึกในวันนั้นโดยคนที่ขี่เธอ
จักรพรรดิ์หันไปหาผู้ติดตามคนหนึ่งด้วยรอยยิ้ม ชี้ไปที่กลุ่มเพื่อนของอับเชรอน แล้วพูดอะไรบางอย่างกับเขา

Kutuzov พร้อมด้วยผู้ช่วยของเขาขี่ม้าไปด้านหลัง carabinieri
เมื่อเดินทางถึงปลายเสาเป็นระยะทางครึ่งไมล์ เขาก็หยุดอยู่ที่บ้านร้างหลังหนึ่งอันโดดเดี่ยว (อาจเป็นโรงแรมเก่า) ใกล้กับทางแยกของถนนสองสาย ถนนทั้งสองสายลงเนิน และกองทหารก็เคลื่อนทัพไปตามทั้งสองทาง
หมอกเริ่มกระจาย และห่างออกไปประมาณ 2 ไมล์ กองทหารศัตรูก็ปรากฏให้เห็นแล้วบนเนินเขาฝั่งตรงข้าม ทางด้านซ้ายด้านล่างเสียงยิงดังขึ้น Kutuzov หยุดพูดคุยกับนายพลชาวออสเตรีย เจ้าชายอังเดรยืนอยู่ข้างหลังมองดูพวกเขาและต้องการขอกล้องโทรทรรศน์จากผู้ช่วยจึงหันมาหาเขา
“ดูสิ ดูสิ” ผู้ช่วยคนนี้พูดโดยไม่ได้มองกองทัพที่อยู่ไกลๆ แต่มองลงไปที่ภูเขาที่อยู่ตรงหน้าเขา - นี่คือชาวฝรั่งเศส!
นายพลและผู้ช่วยสองคนเริ่มคว้าท่อและแย่งมาจากกัน ใบหน้าทั้งหมดเปลี่ยนไปทันที และทุกคนก็แสดงความหวาดกลัว ชาวฝรั่งเศสควรจะอยู่ห่างจากเราสองไมล์ แต่พวกเขาก็ปรากฏตัวขึ้นต่อหน้าเราโดยไม่คาดคิด
- นี่คือศัตรูเหรอ... ไม่!... ใช่ ดูสิ เขา... อาจจะ... นี่คืออะไร? – ได้ยินเสียง
ด้วยตาที่เรียบง่ายเจ้าชาย Andrey เห็นด้านล่างไปทางขวามีเสาฝรั่งเศสหนาแน่นพุ่งเข้าหา Absheronians ไม่เกินห้าร้อยก้าวจากจุดที่ Kutuzov ยืนอยู่
“เอาล่ะ ช่วงเวลาชี้ขาดมาถึงแล้ว! เรื่องนี้มาถึงฉันแล้ว” เจ้าชาย Andrei คิดและขี่ม้าไปที่ Kutuzov “เราต้องหยุดพวก Absheronians” เขาตะโกน “ท่านฯ!” แต่ในขณะนั้นทุกอย่างถูกปกคลุมไปด้วยควัน ได้ยินเสียงยิงระยะใกล้ และเสียงที่ไร้เดียงสาหวาดกลัวจากเจ้าชาย Andrei สองก้าวตะโกนว่า: "พี่น้อง นี่เป็นวันสะบาโต!" และราวกับว่าเสียงนี้เป็นคำสั่ง เมื่อได้ยินเสียงนี้ ทุกอย่างก็เริ่มดำเนินไป
ฝูงชนที่ปะปนกันและเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ หนีกลับไปยังสถานที่ซึ่งเมื่อห้านาทีก่อนกองทหารได้ผ่านจักรพรรดิไปแล้ว ไม่เพียงแต่เป็นการยากที่จะหยุดฝูงชนนี้เท่านั้น แต่ยังเป็นไปไม่ได้ที่จะไม่ถอยกลับไปพร้อมกับฝูงชนอีกด้วย

อันดับแรก งานทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับลักษณะของของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตันปรากฏย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ผ่านมา และเกี่ยวข้องโดยตรงกับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของไบโอนิก ชีวกลศาสตร์ ชีวไฮโดรไดนามิกส์ และ อุตสาหกรรมอาหาร- การใช้ผงนาโนและสารเติมแต่งโพลีเมอร์อย่างแพร่หลายในหลากหลายประเภท งานที่ซับซ้อนอุทกพลศาสตร์ในปัจจุบันได้ก่อให้เกิดความสนใจอย่างไม่เคยมีมาก่อนในของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตัน

รูปที่ 1. ตัวอย่างของของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตัน Author24 - แลกเปลี่ยนผลงานนักศึกษาออนไลน์

ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงและพบเห็นได้บ่อยที่สุดขององค์ประกอบเหล่านี้คือทรายดูด ทรายดูดเป็นอันตรายอย่างยิ่งเพราะสามารถดูดทุกสิ่งที่เข้าไปได้อย่างแน่นอน ยืนอยู่บนทรายดังกล่าวแล้วคุณจะเริ่มจมลงในนั้นทันที แต่ถ้าคุณตีทรายดูดอย่างรวดเร็วและแรง มันก็จะแข็งตัวทันที

คำจำกัดความ 1

คุณสมบัติของของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตันได้รับการศึกษาโดยศาสตร์แห่งการไหลซึ่งมีวิธีการและหลักการที่มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาตำแหน่งการเสียรูปของร่างกายจริงและความแตกต่างของความลื่นไหลของสสารกายภาพ

รีโอโลจียังพิจารณาถึงความเค้นเชิงกลที่กระทำต่อตัววัสดุและการเสียรูปที่เกิดจากผลกระทบนี้ด้วย

คำว่า "รีโอโลจี" ได้รับการแนะนำโดยนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอเมริกันผู้มีชื่อเสียง ยูจีน บิงแฮม อย่างเป็นทางการ คำจำกัดความนี้ก่อตั้งขึ้นในการประชุม Symposium on Plasticity ครั้งที่ 3 ในสหรัฐอเมริกาเมื่อปี 1929 แต่หลักการบางประการของรีโอโลยีได้ถูกกำหนดไว้ก่อนหน้านั้นมานานแล้ว

ของไหลของนิวตันและไม่ใช่ของนิวตัน

คำจำกัดความ 2

หากอนุภาคที่กำลังเคลื่อนที่ความหนืดของมันขึ้นอยู่กับธรรมชาติและอุณหภูมิเท่านั้นและไม่ขึ้นอยู่กับการไล่ระดับความเร็ว องค์ประกอบดังกล่าวในฟิสิกส์จะเรียกว่านิวตัน

ของไหลจริงในทางปฏิบัติสามารถไม่ใช่ของนิวตันและนิวตันได้

ในสารของนิวตัน เมื่อการไหลของของไหลอันหนึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กับอีกอันหนึ่ง ตัวบ่งชี้ความเค้นภายในในวงสัมผัสจะเป็นสัดส่วนกับอัตราการเฉือน

เมื่อพักผ่อนอย่างสัมพันธ์กันและมั่นคง ความเครียดเหล่านี้จะเป็นศูนย์เสมอ รูปแบบนี้ก่อตั้งขึ้นครั้งแรกโดยนิวตันในปี 1686 ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมวัตถุเหล่านี้ (น้ำมัน น้ำ น้ำมันเบนซิน กลีเซอรีน น้ำมันก๊าด ฯลฯ) จึงถูกเรียกว่านิวตัน ของเหลวเหล่านี้ไม่มีคุณลักษณะเฉพาะที่มีความคล่องตัวสูง และแตกต่างจากของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตันเนื่องจากมีแรงเฉือนที่ส่วนที่เหลือ

หมายเหตุ 1

ของเหลวส่วนใหญ่ที่นักวิทยาศาสตร์คุ้นเคยในการจัดการถือเป็นของเหลวแบบนิวตัน เช่น สารละลายที่เป็นน้ำ น้ำ ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม อะซิโตน และอื่นๆ

ในการไหลแบบลามินาร์โดยไม่ได้วางแผน องค์ประกอบระหว่างแผ่นเพลตขนานระนาบสองแผ่นจะใช้งานได้ ความเร็วคงที่ v ภายใต้อิทธิพลของแรง F และเส้นล่างยังคงไม่เคลื่อนไหว โดยพื้นฐานแล้ว ชั้นของของเหลวจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน - จากสูงสุดที่แผ่นบนสุดไปจนถึงศูนย์สัมบูรณ์ที่ด้านล่าง

การไหลของของไหลของนิวตันเป็นไปตามสมการของนิวตัน-เปตรอฟอย่างสมบูรณ์ กล่าวคือ ความเค้นในวงสัมผัสและความเครียดภายใน ตลอดจนการไล่ระดับความหนาแน่นนั้นขึ้นอยู่กับเชิงเส้นตรง และพารามิเตอร์สัดส่วน η ระหว่างปริมาณเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมเชื่อมต่อ

ของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตันไม่เป็นไปตามหลักการและกฎของของไหลธรรมดา สารเหล่านี้เปลี่ยนความหนาแน่นและความหนืดของตัวเองเมื่อได้รับอิทธิพลจากแรงทางกายภาพ ไม่เพียงแต่การกระทำทางกลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคลื่นเสียงที่ไม่เสถียรอีกด้วย

หากคุณกระทำกับของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตันด้วยแรงทางกลเท่านั้น คุณจะได้รับผลที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง:

• วัตถุที่อยู่ระหว่างการศึกษาเริ่มมีลักษณะเป็นของแข็งและประพฤติตัวเหมือนสารทางกายภาพ
• การเชื่อมต่อระหว่างโมเลกุลของของเหลวจะแข็งแกร่งขึ้นโดยอัตโนมัติด้วยอิทธิพลที่เพิ่มขึ้น
• ความหนืดของของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตันจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วการไหลของของไหลลดลง

ตัวอย่างที่ 1

ตัวอย่างเช่น, สารละลายที่เป็นน้ำแป้งที่ สถานการณ์ที่แตกต่างกันมีพฤติกรรมแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับอิทธิพลภายนอก

การจำแนกประเภทของของเหลวที่ไม่ใช่นิวตัน

การจำแนกประเภทของเหลวที่ไม่ใช่แบบนิวตันที่ทราบกันดีนั้น เริ่มแรกขึ้นอยู่กับสูตรเชิงประจักษ์ที่เกี่ยวข้องกับอัตราความเครียดและความหนืด เมื่อใช้สมการเหล่านี้ นักวิจัยจะสร้างเส้นโค้งการไหลของของไหล

ตามวิธีของนิวตัน-เปตรอฟ กราฟของความเค้นภายในเทียบกับการไล่ระดับความเร็วเริ่มต้นจะเป็นเส้นตรงที่ขยายจากจุดกำเนิด ความชันของเส้นนี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความหนาแน่นของของไหลของนิวตัน ไม่ใช่ของนิวตันหรือผิดปกติคือของเหลวที่การไหลไม่สามารถเป็นไปตามกฎของนิวตันได้ สำหรับของเหลวเหล่านี้ ความเค้นในวงสัมผัสทั้งหมดจะถูกระบุโดยการพึ่งพาที่ซับซ้อนกว่าสูตรของนิวตัน-เปตรอฟ

หมายเหตุ 2

มีของเหลวดังกล่าวจำนวนมากซึ่งมีความผิดปกติจากมุมมองของระบบชลศาสตร์สมัยใหม่

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเคมีปิโตรเลียม การกลั่น และอุตสาหกรรมอื่นๆ

ของไหลที่ไม่ใช่นิวตันแบ่งออกเป็นสามกลุ่มหลัก:

• ของเหลวหนืดที่ไม่ใช่นิวตัน
• ของไหลที่ไม่เสถียรที่ไม่ใช่ของนิวตัน
• ของเหลวหนืดที่ไม่ใช่นิวตัน

นักวิทยาศาสตร์รวมเฉพาะของเหลวที่มีความหนืด (หรือคงที่) ในกลุ่มแรกซึ่งมีลักษณะไม่ขึ้นกับเวลา ขึ้นอยู่กับลักษณะของเส้นโค้งดังกล่าว ของเหลวต่อไปนี้ของกลุ่มย่อยนี้มีความโดดเด่น: pseudoplastic, Bingham และ dilatant

ของเหลวกลุ่มที่สองมักประกอบด้วยของเหลวที่ไม่ใช่แบบนิวตัน สารของเหลวซึ่งมีคุณสมบัติขึ้นอยู่กับเวลา ของเหลวเหล่านี้ได้แก่ ในขณะนี้แบ่งออกเป็น thixotropic และ rheopectic

กลุ่มที่สามประกอบด้วยองค์ประกอบยืดหยุ่นหนืดหรือแมกซ์เวลเลียน ความหนืดที่ชัดเจนของสารเหล่านี้จะลดลงภายใต้อิทธิพลของความเครียด หลังจากนั้นวัตถุก็จะได้รับการฟื้นฟูบางส่วน แบบฟอร์มเริ่มต้น- เพสต์และเรซินบางชนิดที่มีลักษณะคล้ายแป้งสามารถจัดเป็นของเหลวประเภทนี้ได้

การประยุกต์ของไหลที่ไม่ใช่แบบนิวตัน

ทุกวันนี้ ของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตันถูกใช้ในกิจกรรมของมนุษย์เกือบทั้งหมด

1. ในการผลิตขนาดใหญ่ทางทหาร ในสหรัฐอเมริกา จากข้อมูลของเหลว กระทรวงกลาโหมได้เปิดตัวการผลิตชุดเกราะอเนกประสงค์สำหรับกองทัพ อุปกรณ์เหล่านี้มีลักษณะที่ดีกว่าอุปกรณ์ทั่วไปมากเนื่องจากมีน้ำหนักเบากว่าและผลิตได้ง่ายกว่ามาก วัสดุที่ทำจากเสื้อเกราะเหล่านี้เรียกว่า $d3o$ วัตถุดิบเหล่านี้จัดอยู่ในประเภทของเหลวนิวตันที่ขยายตัวได้
2. ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ของเหลวที่ไม่ใช่นิวตันยังใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์อีกด้วย น้ำมันเครื่องดีเซลและน้ำมันเครื่องสังเคราะห์ที่ใช้วัตถุที่ศึกษาจะค่อยๆ ลดความหนืดเริ่มต้นลงหลายสิบเท่าด้วยความเร็วรอบเครื่องยนต์ที่เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน ในขณะเดียวกันก็ทำให้แรงเสียดทานในเครื่องยนต์ลดลงอย่างมาก มีการใช้ของไหลที่ไม่ใช่นิวตัน เทคโนโลยีล่าสุดสำหรับการดำเนินการค่าเสื่อมราคาคุณภาพสูงขององค์ประกอบบางส่วนของเครื่องจักรกล การทดลองทางรีโอโลจีช่วยแก้ปัญหาอุทกพลศาสตร์ที่ซับซ้อนได้
3. ในอุตสาหกรรมน้ำมัน ที่น่าสนใจในทางปฏิบัติและเป็นพิเศษอีกด้วย การใช้งานที่ใช้งานอยู่วิธีการทางรีโอโลยีเฉพาะ ดังนั้นสารเติมแต่งโพลีเมอร์ขนาดเล็กในผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมและน้ำจะทำให้ของเหลวเกิดใหม่ คุณสมบัติทางรีโอโลจีเนื่องจากความต้านทานไฮดรอลิกลดลงทันทีในการไหลเชี่ยวอย่างรวดเร็ว ของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตันมีคุณสมบัติพิเศษหลายประการที่ทำให้การลดแรงเสียดทานทำได้ง่ายและรวดเร็ว
4. ในการดับเพลิงและการเดินเรือ ในช่วงทศวรรษที่ 50 นักกู้ภัยชาวอเมริกันเริ่มเติมสารเติมแต่งโพลีเมอร์ใหม่ลงในของเหลวที่ไหลจากหัวฉีดดับเพลิง และความยาวของไอพ่นก็เพิ่มขึ้นหนึ่งเท่าครึ่ง นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มความเร็วของเรือได้ด้วยการฉีดสารละลายนิวตันจำนวนเล็กน้อยใกล้กับหัวเรือ มีทฤษฎีที่ว่าโลมาและผู้ที่อาศัยอยู่ในมหาสมุทรอื่นๆ “ใช้” ผลกระทบนี้เพื่อลดแรงลากจากอุทกพลศาสตร์ที่ไม่ต้องการ
5. ในด้านความงาม เพื่อให้เครื่องสำอางคงอยู่บนผิวได้ยาวนาน จะต้องทำให้มีความหนืด ไม่ว่าจะเป็นลิปกลอสหรือรองพื้นชนิดน้ำ ในการผลิตเครื่องสำอางจำนวนมากมักใช้สารพิเศษซึ่งเรียกว่าตัวปรับความหนืดขั้นสุดท้าย ในเครื่องสำอางที่บ้านมีการใช้น้ำมันและแว็กซ์หลายชนิดเพื่อจุดประสงค์ที่คล้ายกัน

คำถาม:ของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตันคืออะไร? วิธีทำที่บ้าน?
คำตอบ: ของไหลที่ไม่ใช่นิวตันเรียกว่าของเหลวที่เปลี่ยนความหนืดขึ้นอยู่กับการไล่ระดับความเร็ว ประกอบด้วยโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สร้างโครงสร้างเชิงพื้นที่ต่างกันที่ซับซ้อน ซึ่งหมายความว่ายิ่งคุณตีเร็วขึ้น ( ใช้อิทธิพลภายนอก) ตามพื้นผิวของของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตัน ความหนืดก็จะยิ่งมากขึ้น

หากคุณค่อยๆ จุ่มนิ้วลงในของเหลวที่ไม่ใช่ของนิวตัน มันก็จะยังคงเป็นของเหลวเหมือนกับน้ำธรรมดา โดยไม่สร้างอุปสรรคใดๆ ให้กับมือของคุณ แต่ถ้าคุณพยายามกระแทกพื้นผิวของของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตันอย่างสุดกำลัง อย่างน้อยคุณจะต้องประหลาดใจ เนื่องจากพื้นผิวของมันจะเปลี่ยนเป็นมวลยืดหยุ่นทันทีที่จะป้องกันไม่ให้มือของคุณดิ่งเข้าไปข้างใน!

วิธีทำที่บ้าน

สูตรค่อนข้างง่ายและราคาถูก: ไปที่ร้านแล้วซื้อแป้งธรรมดา แป้งอะไรก็ได้ไม่ว่าจะเป็นมันฝรั่งหรือข้าวโพด จากนั้นผสมกับน้ำในอัตราส่วน 2:1 เพียงเท่านี้ของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตันก็พร้อมแล้ว! ตอนนี้คุณสามารถทำการทดลองที่บ้านได้แล้ว

ของไหลของนิวตันและไม่ใช่ของนิวตันเข้า เมื่อเร็วๆ นี้กระตุ้นความสนใจไม่เพียง แต่ในหมู่นักวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึง คนธรรมดา- นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตันนั้นทำได้ง่ายด้วยมือของคุณเองและเหมาะสำหรับการทดลองที่บ้าน ก่อนอื่นเรามาดูกันว่าสารเหล่านี้เป็นสารชนิดใด ของไหลของนิวตันเป็นไปตามกฎแรงเสียดทานหนืดของนิวตัน จึงเป็นที่มาของชื่อนี้ ตามกฎหมายนี้ความเค้นสัมผัสในระนาบการสัมผัสระหว่างชั้นของของเหลวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอนุพันธ์ของความเร็วของการไหลในทิศทางของเส้นปกติกับระนาบเหล่านี้

ฟังดูค่อนข้างซับซ้อน แต่ผู้อ่านจะเข้าใจได้ชัดเจนยิ่งขึ้นหากเราบอกว่าของไหลของนิวตันคือน้ำ น้ำมัน และสารของเหลวส่วนใหญ่ที่เราคุ้นเคยในการใช้ชีวิตประจำวัน กล่าวคือ สารที่กักเก็บเอาไว้ สภาพร่างกายไม่ว่าคุณจะทำอะไรกับสิ่งเหล่านี้ (เว้นแต่ว่าเรากำลังพูดถึงการระเหยหรือการแช่แข็งแน่นอน) แต่ถ้าการพึ่งพาที่อธิบายไว้ในคำจำกัดความข้างต้นเป็นสัดส่วนผกผัน เราก็อาจพูดถึงของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตันได้

ของเหลวดังกล่าวจะมีความแตกต่างกันอยู่เสมอ โดยจะมีโมเลกุลขนาดใหญ่รวมตัวกันอยู่ โปรยคริสตัลดังนั้นความหนืดจึงขึ้นอยู่กับอัตราการไหลของสารประกอบโดยตรง ยิ่งความเร็วสูง ความหนืดก็จะยิ่งมากขึ้น สารประเภทนี้บางส่วนรวมถึงของเหลว thixotropic ซึ่งก็คือสารที่เปลี่ยนความหนืดเมื่อเวลาผ่านไปเช่นสีโป๊วหรือช็อคโกแลต นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์บางคนยังมีแนวโน้มที่จะพิจารณาว่าเลือดเป็นสารที่ไม่ปฏิบัติตามกฎแรงเสียดทานที่มีความหนืดของนิวตัน เนื่องจากเป็นของเหลวที่ต่างกัน เป็นสารแขวนลอยของพลาสมาและเซลล์เม็ดเลือดจำนวนมาก แพทย์คนใดก็ตามจะยืนยันว่าอาจแตกต่างกันไปในส่วนต่างๆ ของระบบหลอดเลือด ซึ่งมักเป็นพยาธิวิทยา อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าสารทุกชนิดจะมีหลักการที่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปแบบดังกล่าวได้

สามารถเตรียมที่บ้านได้อย่างง่ายดายมาก คุณต้องใช้แป้ง 1.5 ส่วน (โดยเฉพาะแป้งข้าวโพด แต่แป้งมันฝรั่งก็ใช้ได้) และน้ำ 1 ส่วน ควรผสมส่วนผสมช้าๆ เพื่อไม่ให้จับเป็นก้อน ตามหลักการแล้ว คุณควรกระจายมันออกเป็นชั้นบางๆ บนถาดอบ แต่แน่นอนว่าคุณสามารถสัมผัสได้ถึงปฏิกิริยาใดๆ ก็ตาม ลองตักของเหลวโดยใช้นิ้วเร็วๆ แล้วของเหลวจะมีลักษณะและความรู้สึกเหมือนก้อนพลาสติกที่แช่แข็ง ผ่อนคลายนิ้วของคุณแล้วของเหลวจะระบายออก ของไหลของนิวตันไม่สามารถทำอุบายเช่นนั้นได้! คุณสามารถหยิบสารจำนวนหนึ่งแล้วเริ่มขว้างทิ้ง ในไม่ช้ามันจะกลายเป็นความหนืดและเป็นพลาสติกดังนั้นมันจะดูเหมือนเต้นบนฝ่ามือของคุณ - นี่เป็นภาพที่น่าสนใจมาก! ม้วนของเหลวให้เป็นลูกบอลมันจะยืดหยุ่นและน่าพอใจ แต่ทันทีที่คุณผ่อนคลายฝ่ามือ มันจะกระจายตัว การเพิ่มสีสันให้เล่นกับเด็กๆ เป็นเรื่องสนุก บางคนไปไกลกว่านั้นและพยายามวิ่งผ่านของไหลที่ไม่ใช่ของนิวตัน กลิ้งวัตถุผ่านมัน ฯลฯ แต่แน่นอนว่าสำหรับการทดลองเช่นนี้ จำเป็นต้องใช้วัสดุมากกว่าการทดลองที่บ้านมาก คุณสามารถค้นหารายงานวิดีโอมากมายและสำรวจโลกแห่งฟิสิกส์ที่น่าหลงใหลต่อไป